Báo cáo tổng kết Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu hai trục phục vụ chế biến xỉ titan

ị T hoặc gaus). H thể hiện độ lớn của nguồn từ lực, còn B thể hiện độ lớn của từ tr−ờng do nguồn từ lực đó cảm ứng ra trong một không gian nào đó (số đ−ờng sức của từ tr−ờng trên một đơn vị diện tích). Lực từ do từ tr−ờng tác động lên một vật nằm trong nó đ−ợc xác định theo công thức : F = M0xHgrad H (1) ở đây : M0 - hằng số từ trong chân không. đơn vị của F là N/kg hoặc din/g, ở đây cần chú ý đến chi tiết là lực từ tác động lên vật không chỉ phụ thuộc vào c−ờng độ từ tr−ờng H mà còn vào biến thiên của nó trong không gian grad H. Điều này ảnh h−ởng nhiều đến việc chế tạo cực từ trong các máy tuyển từ về sau. Khi đi vào và chuyển động trong từ tr−ờng mỗi hạt khoáng vật chịu tác động của lực từ và lực cơ học. Do tác động của hợp lực đó, khi ra khỏi phạm vi của từ truờng các hạt khoáng vật có độ thẩm từ khác nhau sẽ chuyển động với các quỹ đạo khác nhau và rơi xuống các vị trí khác nhau.Đó chính là quá trình phân ly bằng từ tr−ờng ( tuyển từ). Trong kỹ thuật tuyển từ, để tuyển các khoáng vật có từ tính mạnh ng−ời ta chỉ cần sử dụng rừ tr−ờng có c−ờng độ thấp (hay còn gọi là từ tr−ờng yếu) khoảng 70 - 120kA/m [1Koerst = 1000oerst = 80kA/m]. Đối với khoáng vật có từ tính yếu cần sử dụng từ tr−ờng có c−ờng độ cao (hay còn gọi là từ tr−ờng mạnh) khoảng 480 - 1600 kA/m. Những giá trị nêu trên thực ra chỉ mang tính t−ơng đối vì trong thực tiễn của công nghệ tuyển từ ng−ời ta sử dụng các máy tuyển từ với c−ờng độ rất khác nhau. Trong bảng 1 nêu độ thảm từ riêng của một số khoáng vật [1]. Bảng 1. Độ thẩm từ riêng của một số khoáng vật Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 8 Khoáng vật Độ thẩm từ riêng, m3/kg.10-6 Apatit Biôtit Vonframit Gematit Getit Ilmenit Kaxiterit Magnhetit Maxemit Manganit Pirit Rutin Tumalin Ilmenit hoàn nguyên .... 0,001 - 0,004 0,04 - 0,120 0,025 - 0,150 0,050 - 0,250 0,20 - 0,30 0,3 - 1,2 0,001 - 0,010 25 - 50 10 - 25 0,035 - 0,150 0, 005 - 0,040 0,002 - 0,015 0,010 - 0,125 14 - 15 1.2.2 - Phân loại máy tuyển từ: ng−ời ta th−ờng phân loại máy tuyển từ theo các tiêu chí sau : a- Theo kết cấu hệ thông mạch từ : Máy tuyển từ có hệ thống mạch từ hở Máy tuyển từ có hệ thống mạch từ khép kín b- Theo từ tính khoáng vật: Máy tuyển từ tuyển khoáng vật có từ tính mạnh ( máy có từ tr−ờng yếu). Máy tuyển từ tuyển khoáng vật có từ tính yếu (máy có từ tr−ờng mạnh). c- Theo dạng quặng : Máy tuyển từ kiểu −ớt dùng tuyển quặng d−ới dạng huyền phù (bùn). Máy tuyển từ khô dùng tuyển quặng khô. d- Theo kiểu nam châm tạo từ tr−ờng : Máy tuyển từ dùng nam châm vĩnh cửu Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 9 Máy tuyển từ dùng nam châm điện. Trên thực tế có thể có một vài cách phân loại khác hoặc có cách phân loại kết hợp các cách trên, tuy nhiên các cách đ−ợc nêu trên phổ biến hơn cả. 1.2.3 - Kết cấu mạch từ trong máy tuyển từ 1.2.3.1 Kết cấu mạch từ hở: Hệ thống mạch từ hở trong máy tuyển từ th−ờng có các cực từ phân bố theo mặt phẳng hoặc mặt trụ ( hình 1). Các hệ thống này th−ờng đ−ợc sử dụng trong các máy tuyển từ có c−ờng độ từ tr−ờng yếu để tuyển các khoáng vật có từ tính mạnh. Chúng đ−ợc dùng cả cho quặng khô hay quặng dạng huyền phù (bùn). Để tạo từ tr−ờng có thể sử dụng cả nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. C−ờng độ từ tr−ờng của máy kiểu này có thể lên tới 240kA/m (~3000 oe). C−ờng độ từ tr−ờng tại khoảng cách x tính từ bề mặt cực: H = H0e -cx, (2) ở đây : H - c−ờng độ từ tr−ờng tại khoảng cách x. H0 - c−ờng độ từ tr−ờng trên bề mặt cực x - khoảng cách tới điểm xem xét e - cơ số logarit tự nhiên c - hệ số không đồng nhất của từ tr−ờng. Đối với hình 1.a : c = π/S + 1/R (3) Đối với hình 1.b : c = π/S (4) ở đây : S - b−ớc cực từ R - bán kính mặt trụ Sơ đồ bố trí cực từ mạch hở trong mặt trụ (a) và mặt phẳng (b). Tang Băng tải (b) (a) N S N x v N S N H H v Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 10 Biến đổi của giá trị H và HgradH theo khoảng cách x trình bày trong hình 2. Bỏ qua các biến đổi ta có lực từ tác động lên hạt khoáng theo công thức (1) là: F = M0x cH02e-2cx (5) 1.2.3.2 Kết cấu mạch từ khép kín : Trong mạch từ khép kín từ tr−ờng đ−ợc tạo ra trong khoảng không gian giữa hai cực từ khác dấu ( hình 3). Mạch từ kiểu này đ−ợc sử dụng trong các máy tuyển từ có c−ờng độ từ tr−ờng cao để tuyển các khoáng vật có từ tính yếu. C−ờng độ từ tr−ờng của máy kiểu này có thể lên đến 1.600 kA/m (~20.000 oersted). Máy tuyển từ kiểu này có cả dạng khô và dạng −ớt, sử dụng cả nam châm điện và nam châm vĩnh cửu. Các nghiên cứu trong [2] cho thấy ở H3.b : Hgrad H = kH0 2l2sin2α2(lcosα2-kx) , (6) [l2-(lcosα2-kx)2]2 ở đây k - hệ số bằng (cosα2-cosα1); Với H3.c ta có : C Ư ờn g độ từ tr Ư ờn g T ừ lự c Khoảng cách Hình 2. Phụ thuộc H=f(x) (đƯờng liên tục) và HgradH=f(x) (đƯờng ngắt quãng) kA /M 2 3 0 25 50 75 100 0 4 8 12 16 80 60 40 20 S =20cm2 S =5cm1 l s l s l s l s l l α α l α Hình 3. Các kiểu mạch từ khép kín xxxx (d) (đ) (e) (f) xxx (a) (b) (c) 1 2 Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 11 Hgrad H = H0 2/2l ; 1.3 Cơ sở lựa chọn máy tuyển từ yếu trong công nghệ xỉ ti tan. Xỉ titan đ−ợc sản xuất từ nguyên liệu chứa titan (chủ yếu là ilmenit) bằng ph−ơng pháp luyện trong lò điện hồ quang. Chất hoàn nguyên chủ yếu là than antraxit, thiết bị luyện là lò điện hồ quang. Theo công nghệ này quặng titan đ−ợc phối liệu với chất hoàn nguyên, sau đó luyện trực tiếp trong lò điện hồ quang để nhận xỉ titan và gang hợp kim. Luyện nh− trên gọi là luyện một giai đoạn không có trợ dung. Để cải thiện công nghệ luyện ng−ời ta cho thêm vôi, gọi là luyện có trợ dung. Luyện có thể tiến hành theo chu kỳ hoặc luyện liên tục. Xỉ titan đ−ợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nh− sản xuất thuốc bọc que hàn điện, sản xuất picmen điôxyt titan, cloruatitan (để từ đó sản xuất titan kim loại)... Hiện nay nhu cầu về xỉ ti tan cho sử dụng trong n−ớc và xuất khẩu rất lớn. Các địa ph−ơng nh− Thừa Thiên - Huế, Bình Định đang tập trung xây dựng nhiều nhà máy sản xuất xỉ ti tan với công suất hàng chục nghìn tấn/năm. Trong công nghệ sản xuất xỉ ti tan ng−ời ta th−ờng sử dụng máy tuyển từ có c−ờng độ từ tr−ờng thấp (máy tuyển từ yếu) để tách magnhetit ở hai công đoạn chính: - ở công đoạn chuẩn bị liệu để tách magnhetit ra khỏi ilmenit, nếu trong quặng đầu ilmenit có hàm l−ợng magnhetit cao. - ở công đoạn gia công sản phẩm xỉ ti tan sau khi đập và nghiền tới cỡ hạt ≤ 1mm. Theo một tài liệu [3] ilmenit có độ từ thẩm riêng khoảng 2.4x10-6 m3/kg, sau khi hoàn nguyên ở ~8200C trong thời gian khoảng 40 phút thì độ từ thẩm riêng đ−ợc tăng lên khoảng 15x10-6 m3/kg. Thậm chí nếu hoàn nguyên ở chế độ hợp lí sẽ đạt đ−ợc độ từ thẩm riêng t−ơng đ−ơng của magnhetit khoảng 2x10-3 m3/kg. Theo một tài liệu khác [4] ilmenit có độ từ thẩm riêng khoảng 2.4x10-6 m3/kg sau khi thiêu hoàn nguyên có thể lớn hơn 2,9 x10-3 m3/kg (cao hơn magnhetit) Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 12 Biểu đồ theo tài liệu [3] Biểu đồ theo tài liệu [4] Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 13 Sản phẩm có từ cần phải tách bỏ khỏi xỉ titan chính là gang. Theo thực nghiệm gang đ−ợc tách khỏi xỉ này có độ từ thẩm riêng t−ơng đ−ơng và lớn hơn magnhetit (2 x10-3 m3/kg). Qua các phân tích trên nhận thấy: Lựa chọn máy tuyển từ yếu cho tách tuyển thành phần nhiễm từ mạnh ra khỏi ilmenit hoàn nguyên và xỉ titan là hợp lí. Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 14 ch−ơng 2. ph−ơng pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị 2.1. ph−ơng pháp và trình tự tiến hành nghiên cứu Sử dụng ph−ơng pháp tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm - Nghiên cứu – thiết kế – chế tạo thiết bị - Lắp đặt – Chạy thử – khảo sát và hiệu chỉnh thiết bị - Nghiệm thu không tải và tiến hành chạy thử có tải với các mẫu quặng. 2.2. Mẫu nghiên cứu Để phục vụ chạy chạy thạy phân tích, sử dụng 3 loại mẫu đại diện: + Quặng ilmenit có chứa nhiều manhêtít của vùng Bình Thuận (Công ty ilmenit Việt Trung). + Ilmenit hoàn nguyên của Công ty que hàn Vĩnh Phú (từ quặng ilmenit vùng Quảng trị). + Xỉ titan do phòng Luyện kim Viện Khoa học và CN Mỏ-Luyện kim luyện từ quặng ilmenít vùng Thừa –Thiên –Huế. 2.3. thiết bị phục vụ cho nghiên cứu Ngoài máy tuyển từ và tủ điều khiển điện là thiết bị chế tạo ra còn có các thiết bị sau để tiến hành nghiên cứu: + Máy biến tần 2,2 Kw phục vụ cho việc thay đổi tốc độ tang quay vô cấp. + Máy đo từ tr−ờng, + Máy đo tốc độ (vòng quay), + Hệ thống hút bụi + Máy đập búa Và một số dụng cụ khác nh−: cân đong , sàng, xô, chậu . 2.4. công tác phân tích + Lấy mẫu nguyên liệu đầu vào và sau khi tuyển từ, mỗi loại phân tích 2 chỉ tiêu (TiO2 và Fe) + Cân đo khối l−ợng đầu vào và ra, lập bảng ghi chép số liệu so sánh. Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 15 ch−ơng 3. nội dung và kết quả nghiên cứu 3.1. nội dung nghiên cứu 3.1.1. Nghiên cứu thiết kế, xác định năng suất và kết cấu cơ bản của máy 3.1.1.1 Lựa chọn kiểu máy, tính toán năng suất Máy tuyển từ nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện hiện nay đang đ−ợc sử dụng tại các công ty chế biến khoáng sản chủ yếu có 2 loại là: Dạng băng tải và dạng tang (hoặc trục) quay. Qua theo dõi thực tế nhận thấy rằng: Đối với các loại nguyên liệu khô chứa nhiều sắt, loại tuyển từ tang quay có từ tr−ờng sinh ra bằng nam châm điện là phù hợp nhất vì các lí do sau: + Do đối t−ợng cần tuyển là xỉ titan và ilmenit hoàn nguyên là các vật liệu giầu Fe có độ d− từ lớn, khả năng bám dính vào cực từ cao nên nếu dùng máy tuyển từ dạng băng tải sẽ rất khó khăn trong việc làm vệ sinh do trục từ hở. + Các đối t−ợng tuyển cần c−ờng độ từ tr−ờng thấp và thay đổi đ−ợc, điều đó chỉ nam châm điện mới đáp ứng thuận tiện đ−ợc. ảnh 1, 2, 3 d−ới đây trình bày 1 số mẫu máy tuyển từ hiện đang đ−ợc sử dụng trong n−ớc và n−ớc ngoài. ảnh 1 - Máy tuyển từ nam châm đất hiếm dạng băng Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 16 ảnh 2 - Băng tải kết hợp tang dẫn động gắn nam châm vĩnh cửu (Trung Quốc) ảnh 3 - Tuyển từ tang quay nam châm điện (đề tài) Dựa theo dự án đầu t− xây dựng nhà máy xỉ titan của Công ty BIMICO Bình Định đang tiến hành, đ−ợc biết công suất của nhà máy nh− sau: + Giai đoạn I: 6.000T/năm (xỉ titan ≥90% TiO2) + Giai đoạn II: 12.000 T/năm (xỉ titan ≥90% TiO2) Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 17 Lấy công suất của giai đoạn I là 6.000 T/năm để tính, với số ngày làm việc là 300, Số giờ làm việc là 8giờ/ngày ta có: 6.000 T/ngày : (300 ngày x 8 giờ) = 2.5T/giờ. Qua các phân tích dựa trên thực tế, đề tài đ−a ra lựa chọn: + Chế tạo tuyển từ dạng tang quay theo nguyên lí: Tang kín bằng thép không nhiễm từ quay tròn, bên trong tang bố trí bộ nam châm điện dạng rẻ quạt sát ngay bề mặt trong của tang (không chạm). + Để đáp ứng năng suất yêu cầu của thực tế và khả năng dễ chế tạo và lắp đặt, sẽ bố trí trên 1 máy 2 tang (mỗi tang có năng suất khoảng 1,3T/giờ). Nh− vậy năng suất máy sẽ đạt 2,5 - 2,6 T/giờ. 3.1.1.2 Xác định kích th−ớc cơ bản của máy theo thống kê – kinh nghiệm Kích th−ớc của máy phụ thuộc vào kích th−ớc tang từ đ−ợc thiết kế. Chọn đ−ợc kích th−ớc tang tối −u sẽ tiết kiệm đ−ợc vật liệu chế tạo đắt tiền nh− dây đồng, thép không rỉ không nhiễm từ chế tạo tang và 1 số chi tiết yêu cầu vật liệu không nhiễm từ khác. Ngoài ra không gian bố trí 2 tang đ−ợc rút gọn sẽ làm cho máy có kích th−ớc nhỏ gọn nhất. Qua tính toán và tổng kết từ nhiều mẫu thiết kế (trên cơ sở tính kinh tế và vật liệu thông dụng trên thị tr−ờng) chọn đ−ợc tang từ có các thông số cơ bản sau: - Đ−ờng kính tang: ơ = 250 mm, chiều dầy tang s = 3mm. - Chiều dài tang: L = 1000 mm, - Chiều dài điện cực bố trí trong tang: l = 900 mm, Ngoài ra có các yêu cầu kĩ thuật đối với máy nh− sau: - Thùng cấp liệu chung cho 2 tang, các máng rải liệu bằng vật liệu không nhiễm từ (nhôm, đồng). áp dụng kiểu cấp liệu đang đ−ợc sử dụng hiệu quả nhất ở các máy tuyển điện ,tuyển từ do Viện thiết kế và chế tạo - Thùng hứng cho 3 loại sản phẩm (nhiễm từ - trung gian - không nhiễm từ), - Máy đ−ợc bao che để hút bụi. 3.1.1.3 Tính toán các thông số dẫn động theo thống kê – kinh nghiệm. Cơ sở để tính các thông số dẫn động đó là tốc độ của tang quay (số vòng quay của tang n (Vòng /phút). Qua thống kê các máy tuyển từ tang quay, khi tuyển quặng ilmenit có cỡ hạt Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 18 ≤ 1mm, vận tốc dài của tang tại vị trí quặng tiếp xúc phải đạt V ≥ 0,5 - 0,6 m/s. Với đ−ờng kính tang đã chọn ở trên (ơ = 250mm) và vận tốc dài lấy trung bình V = 0,55m/s ta có thể tính đ−ợc số vòng quay của tang trong 1 phút: áp dụng công thức quan hệ giữa vận tốc dài và vòng quay ta có: Π x D x n V = 60 x 1.000 Trong đó: - V là vận tốc dài của tang (m/s) - D là đ−ờng kính tang (mm) - n là số vòng quay của tang (Vòng/phút). Từ công thức trên ta có: n = (60.000 x V) : (Π x D) = 60.000 x 0.55 : 3.14 : 250 = 42 Vòng /phút. Để phục vụ cho thí nghiệm chọn thông số tối −u cho các loại nguyên liệu có các độ hạt khác nhau, ta lắp bộ biến tần để thay đổi vô cấp động cơ dẫn động. Với tang có đ−ờng kính và chiều dài nh− đã chọn cộng với chổi gạt quặng công suất động cơ cho 1 tang có thể lấy N = 0,5 - 0.75Kw. Để kích th−ớc máy nhỏ gọn, chọn loại động cơ liền giảm tốc (có số vòng quay phù hợp để kết hợp với cặp puli truyền động cho ra đ−ợc số vòng quay của tang theo dự định). 3.1.1.4 Chọn lựa các thông số máy theo tinh toán. 3.1.1.4.1. Các yêu cầu cơ bản của công nghệ a. Máy tuyển từ dùng để tuyển sắt trong xỉ Ti tan. b. Năng suất của máy: 2,5 T/h. c. Cỡ hạt: < 0.07 ữ 0,8 mm 3.1.1.4.2. Tốc độ quay của tang Năng suất của máy tuyển từ yếu đ−ợc tính theo công thức sau : Q = 3,6.aM.γ.vp.δp.n.d’.b [ t/h ] ( 2-1 ) aM - Hệ số kể tới thành phần từ αM có trong liệu vào. aM = 0,7 khi αM > 70% Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 19 aM = 1 khi αM = 50% aM = 1,3 khi αM < 30% Thực tế vật liệu cần tuyển αM < 1% nên chọn aM = 1,3 + γ - Hệ số kể tới sự điền đầy của lớp liệu γ = 0,2 đối với liệu không phân loại π ( d’ - d” ) γ = −−−−−−−−−−−− đối với liệu có phân loại từ d’ ữ d” 6d’ ln d d ' " Với liệu cần tuyển d’ = 0,8 mm d” = 0,07 mm γ = 0,27 Vp - Tốc độ chuyển động trong vùng phân ly [ m/s ] + δp - Tỉ trọng liệu [ kg/m3 ] Với xit ti tan δp = 2500 kg/m3 n - số lớp liệu, phụ thuộc vào cỡ hạt. n = 1 ữ 3 khi 0,8 cm ≤ d’ ≤ 2,5 cm n = 3 ữ 5 0,2 cm ≤ d’ ≤ 0,8 cm n = 5 ữ 10 d’ < 0,2 cm Với liệu có đ−ờng kính d’ < 0,8 mm chọn n = 3 d’ - đ−ờng kính trung bình của cỡ hạt. Lấy d’ = 0,5mm = 0,5 .10-3 m b - Chiều rộng lớp liệu hoặc chiều dài làm việc của tang. b = 0,9m Từ ( 2 - 1 ) tính đ−ợc tốc độ của liệu trong vùng phân ly: Vp = Q a n d bM3 6, . . . .' γδ m/s ( 2 - 2 ) Q = 1,5 T/h aM = 1,3 γ = 0,27 n = 3 d’ = 0,5 .10-3 m δp = 2500 kg/m Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 20 Vp = 310.5,0.3.2400.27,0.3,1.6,3 5,1 − = 0,33 m/s Lấy đ−ờng kính tang quay D = 250 mm = 0,25 m R = 0,125 m Tốc độ quay của tang : Np = 60 2 . . . V R p π = 125,0..2 33,0.60 π = 35,23v/p làm tròn 35 v/p Quyết định chọn máy : • Số l−ợng trục : 2 cái. • Đ−ờng kính tang : 250 mm. • Chiều dài làm việc : 1000 mm. • Tốc độ quay : biến đổi từ 10 đến 80 vòng/ ph 3.1.1.4.3 . Tính toán cụ thể 3.1.14.3.1. Thông số công nghệ chính. a. Kích th−ớc tang : + Đ−ờng kính: 250 mm + Chiều dài : 1000 mm b. C−ờng độ từ tr−ờng trên mặt tang H = 800 Gauss ( 64 kA/m ) c. Khe hở lớn nhất giữa thân từ với tang: 2,5 mm d. Chiều dầy vỏ tang lớn nhất: 5 mm 3.1.1.4.3.2. Trình tự tính toán Theo Kazmadin tr−ờng hợp dùng cuộn dây để tạo từ tr−ờng ta có : c = π S S = 2π ( h + ∆ ) Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 21 h - chiều dài lớp quặng. ∆ - Khoảng cách từ mặt cực tới lớp quặng a. Tính cực từ ∆ = 2,5 + 5 = 7,5 mm = 0,0075 m h = 2,4 mm = 0,0024 m B−ớc cực S = 2π ( 0,0024 + 0,0075 ) = 0,062m Lấy S = 0,060 m = 60 mm C = π S = 3,14/0,060 = 52,33 Hx = 64 . 10 3 A/m c−ờng độ từ tr−ờng trên mặt tang với x = ∆ = 0,0075 Ho =94,5.10 3 A/m Sức từ động cần thiết FM = 2.S π . Ho = 3,61.10 3 A.vòng = 3610 A Chiều dài đoạn từ làm việc : L = α .2 π . Rt α - Góc ôm hệ thống từ lấy α = 120 o = 360 o /3 Rt - Bán kính của mõm từ Rt = 125 - 7,5 = 117,5 mm = 0,1175m L = 2.π.0,1175/3 = 0,246 m ≈ 0,25 m Khi kể cả tản từ FM = 2x3610 = 7220 Avòng Lấy FM = 8000 Avòng b. Tính toán cuộn dây Với FM =8000 Avòng Cấu tạo 2 cuộn dây nối tiếp nên sức từ động cần thiết của một cuộn là : IW = FM1 = 4000 Avòng Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 22 Chọn I = 6 A je = 2 A/ mm 2 Số vòng của một cuộn dây : W = 4000/6 = 667 vòng Chọn dây: Tiết diện dây Sd = 6/2 = 3,0 mm2 Chọn dây êmay D =2,0mm có Sd = 3,14 mm2 Chiều dài dây êmay cho 1 cuộn Lc = 2 π DtbW = 2.3,14. 0,075.667 = 157m Chiều dài toàn bộ Ltb = 157 x 14 =2198 m Điện trở hệ thống R = 2198 x 3,6. 10-3 ôm/m = 7,9 ôm Lấy tròn 8 ôm Điện áp một chiều cần thiết U = 1,4 x 8ôm x 6A = 68 V ảnh 4 - Dạng răng từ và cách bố trí đ−ợc chọn lựa Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 23 3.1.1.5 Mạch điện bộ nguồn 1 chiều. ảnh 5 – Tủ điện điều khiển của máy tuyển từ yếu TTY-2T D1D3 D2 104 + C2 C4 C1 C5 + C6 16A16A D160 R1 R2 A B C 0 R5 R6 R4R3 R7 A - 10Ap A - 16ApA - 50Ap DC 4 6 21 8 4 6 21 7 8 3 3IC1 IC1 A A - 16Ap DC 220V G 0V Rvar Rvar Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 24 Đặc tính kỹ thuật của bộ nguồn: 1/ Dải điều chỉnh điện áp: 0 – 90DCV. 2/ Dòng điện cực đại: 25A 3.1.1.6 Xác định vật liệu chính để chế tạo máy. Ngoài các vật liệu thông dụng để chế tạo khung đỡ, máng phễu, bao che ... bằng thép Ct.3, Ct5 cần l−u ý các vật liệu chính sau: a- Tang quay: Thép tấm hoặc ống dầy 3-3,5 li bằng thép không rỉ không nhiễm từ (có thể dùng thép không rỉ 304, 305 thông dụng trên thị tr−ờng). b- Trục từ: Trục từ đ−ợc cấu thành bởi 1 trục đỡ (thép 45), các tấm thép hình rẻ quạt có hàn liền với các răng tạo cực từ (thép Ct.0) và các quận dây đồng. c- Bích tang: 2 đầu tang đ−ợc bịt băng 2 mặt bích. Chúng đ−ợc chế tạo bằng nhôm hoặc đồng đúc để tránh từ tr−ờng lan ra ngoài khung đỡ. d- Máng rải liệu: riêng máng rải liệu cuối cùng (lên mặt tang) phải đ−ợc làm bằng vật liệu không nhiễm từ, chịu mài mòn và phải phẳng sau khi chế tạo. Để thuận tiện và thoả mãn các yêu cầu trên, chọn nhôm đúc kết hợp với các gờ bao bằng thép không rỉ không mhiễm từ. Sau khi đã chọn lựa đ−ợc các thông số chính về máy nh− trên, đề tài đã chọn đ−ợc 1 mẫu máy có thể đáp ứng đ−ợc các yêu cầu về kĩ thuật cũng nh− mỹ thuật công nghiệp đ−ợc trình bày ở ảnh 6. Sau khi chạy thử và hoàn thiện đề tài đã có đ−ợc mẫu máy đ−a ra thị tr−ờng (ảnh 7). Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 25 ảnh 6 - Kết cấu khung và bố trí các bộ phận đ−ợc chọn lựa ảnh 7 - Máy tuyển từ yếu 2 tang (TTY-2T) hoàn thiện Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 26 3.2 Kết quả nghiên cứu 3.2.1 Kết quả đo l−ờng, kiểm định phần dẫn động của máy a- Kiểm tra hoạt động của máy biến tần, lập bảng biểu thị sự t−ơng quan giữa chỉ số biến tần và số vòng quay thực của tang. Do từ động cơ truyền động tới tang phải qua 2 cấp tỉ số truyền (giảm tốc liền động cơ và cặp puli trung gian) nên ta phải lập bảng quan hệ giữa tần số của máy biến tần và số vòng quay thực của tang; nhằm giúp thuận tiện khi thí nghiệm và kiểm tra sự hoạt động của biến tần. Sau khi đặt các nấc tần số tiến hành đo trực tiếp vòng quay tại tang ta có bảng sau: bảng 2. Quan hệ giữa tần số điện và vòng quay tang Tần số của biến tần (Hz) Số vòng quay tang 1 (Vg/ph) Số vòng quay tang 2 (Vg/ph) 50.0 50 50.2 47.5 48.1 48.3 45.0 46 46.2 42.5 44 44.2 40.0 42 42.2 37.5 40 40.2 35.0 38 38.2 32.5 36 26.2 30.0 32 32.2 27.5 30 30.2 25.0 28 28.2 22.5 26 26.2 Từ bảng trên ta nhận thấy: - Khi thay đổi 2.5 Hz, vòng quay tang sẽ thay đổi t−ơng ứng 2 vòng/ph. Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 27 ảnh 8 - Máy biến tần phục vụ thí nghiệm thay đổi vòng quay tang b- Kiểm tra công suất động cơ. Do tang hoạt động có chổi quét quặng tì vào mặt tang, lực ma sát luôn thay đổi không tính toán chính xác đ−ợc nên phải dùng ph−ơng pháp đo công suất động cơ để kiểm định. Động cơ đ−ợc chọn giả định gần đúng ban đầu có các đặc tính sau: Động cơ điện không đồng bộ 3 pha Công suất N = 0,75 Kw - Dòng định mức I = 2A, n = 1440 Vòng/phút Kết quả chạy không tải và có tải (có chổi quét) thể hiện ở bảng 3: Bảng 3. Bảng kê dòng điện động cơ khi thí nghiệm (Máy chạy ở tần số max = 50Hz - n = 50 Vg/ph ) T.T Tình trạng tải Dòng điện pha (A) 1 - Không lắp chổi, không cấp quặng, không cấp từ 0.6 2 - Lắp chổi tì tự do (trọng lực bản thân) + cấp quặng + từ tr−ờng cực đại 1.3 3 - Lắp chổi có lực tì lò xo + cấp quặng + từ tr−ờng cực đại 1.6 - 1.7 Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 28 Qua bảng trên nhận thấy: Công suất ban đầu lựa chọn là hợp lí, không cần phải thay đổi. 3.2.2 Kết quả đo l−ờng, kiểm định phần tạo từ tr−ờng. Đo từ tr−ờng tại bề mặt cực từ (khi ch−a lắp tang) và tại bề mặt tang khi cho thay đổi dòng điện 1 chiều tạo từ tr−ờng dựng đ−ợc biểu đồ sau: Đồ thị mối quan hệ giữa c−ờng độ từ tr−ờng và dòng điện Dòng điện (A) C −ờ ng đ ộ từ tr −ờ ng ( K G ) 1 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 2 3 4 5 6 7 L1 L2 L1: khi đo c−ờng độ từ tr−ờng trực tiếp tại vành 2 của trục khi ch−a lắp tang quay. L2: khi đo c−ờng độ từ tr−ờng trên mặt tang quay. Bộ CôngTh−ơng Viện Khoa học & Công nghệ Mỏ-Luyện kim Đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy tuyển từ yếu 2 trục phục vụ chế biến xỉ titan 29 ảnh 9 – Tiến hành đo c−ờng độ từ tr−ờng mặt ngoài tang 3.2.3 Kết quả chạy thử với quặng ilmenit chứa manhêtit của C.Ty Việt- Trung (Bình Thuận) Thí nghiệm đầu tiên tiến hành là với quặng ilmenit có chứa magnhetit (vùng Bình Thuận). Sở dĩ chọn loại quặng này vì trong 3 mẫu chạy thí nghiệm, loại quặng này yêu cầu c−ờng độ từ tr−ờng cao hơn 2 loại kia. ở mẫu này tiến hành 3 loạt thí nghiệm nhằm tìm ra thông số tối −u. Trên cơ sở đó, những thí nghiệm sau giản l−ợcđ−ợc bớt các khâu trùng lặp. a- Thay đổi tốc độ tang quay để tìm tốc độ tối −u. - chọn góc cực từ 200 (góc của đ−ờng tâm cực từ so với đ−ờng ngang). - Từ tr−ờng đặt ở mức 500 oersted Sau khi thay đổi các tốc độ của tang, với cùng 1 mẫu quặng, cùng 1 năng suất và cố định vị trí cánh chia dòng ta có đ−ợc bảng số liệu sau: